基于FPGA的指纹采集接口设计与实现

3、指纹采集接口软件设计与实现
　　
接口时钟采用传感器内部的12M时钟，整个采集指纹图像流程如图4所示，主要有初始化，调整参数，指纹采集，指纹存储几部分组成。
　　
3.1 初始化XC3S400和MBF300
　　
XC3S400为FPGA器件，因此在系统上电后先要对其进行初始化，即从PROM中读取配置数据，以完成后面的指纹采集、特征点提取、存储、比对等工作；初始化XC3S400之后，接着初始化指纹传感器MBF300，其中部分VHDL源程序如下：
　　 ……
　　ENTITY ini_mbf300 IS
　　 PORT(......
　　pgc : INOUT STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);
　　dtr : INOUT STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);
　　dcr : INOUT STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);
　　thr : INOUT STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);
　　ctrlb : INOUT STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);
　　isr : INOUT STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);
　　icr : INOUT STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);
　　......);--定义需要初始化的MBF300寄存器；
　　END ini_mbf300;
　　ARCHITECTURE ini_mbf300 OF ini_mbf300 IS
　　BEGIN
　　 pgc <= "00000110 "; --初始设置图像增益为1.5；
　　dtr <= "00111111";
　　dcr <= "00000001";
　　thr <= "00101100";
　　ctrlb <= "00000001"; --使能阵列，AD及时钟；
　　isr <= "00000011"; --清空中断；
　　icr <= "01011001"; --使能自动检测；…...
　　END ini_mbf300；......
　　
3.2 调整MBF300参数
　　
调整MBF300参数，也就是调整PGC、DTR、DCR三个寄存器的值来调整放电时间、放电电流速率和图像的放大增益，直到获得最佳质量的图像。
　　
3.3 采集指纹图像
　　
XC3S400按照MBF300的SPI时序要求，在MOSI信号线上发送一系列读写MBF300寄存器的指令，并由MBF300在MISO信号线上发送A/D转换后的指纹数据，直到一幅完整的256*32的指纹图像传输完毕。

3.4 存储指纹图像
　　
采集到的原始指纹图像保存到片外SRAM中，地址空间为0000 0000 0000 0000~FFFF FFFF FFFF FFFF。
　　
4 实验调试与结论
　　
指纹采集接口的整个程序的VHDL源代码已经通过调试，在ModelSim SE 6.1b中成功仿真，FPGA的SPI时序与MBF300一致，完全能达到指纹采集的目的。于是将MBF300设置为DTR＝0x15，DCR=0x20，PGC=0x01，通过SPI接口采集到的原始指纹数据通过图2中的RS232接口传送给PC机，然后利用Matlab工具数据转化得到指纹图像，它足以满足后续的指纹特征点提取、比对等要求。
　　
四、小结
　　
这种基于FPGA芯片XC3S400与固体指纹传感器MBF300的SPI接口具有设计实现简单，传输速率高的特点，完全能胜任指纹采集的任务。而MBF300的高精度更能保证采集到的指纹图像的质量，这有利于简化后续的指纹图像增强、二值化等算法。总之，基于FPGA与指纹传感器的指纹采集系统的SPI接口的成功实现，为指纹识别技术的SOC片上集成打开一个良好的开端。